DE102019006555A1 - Control unit for a prosthesis - Google Patents
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Abstract
Steuereinheit für eine Prothese, wobei die Steuereinheit zumindest einen Signaleingang zur Aufnahme von zumindest einem Steuereingangssignal umfasst und zumindest einen Signalausgang zur Ausgabe zumindest eines Steuerausgangssignals umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit ein Steuermittel umfasst zur Steuerung des Signalausgangssignals in Abhängigkeit des Steuereingangssignals.Control unit for a prosthesis, the control unit comprising at least one signal input for receiving at least one control input signal and at least one signal output for outputting at least one control output signal, characterized in that the control unit comprises a control means for controlling the signal output signal as a function of the control input signal.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einer Steuereinheit für eine Prothese nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs 1 und einer Prothese nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.The present invention relates to a control unit for a prosthesis according to the preamble of
Stand der TechnikState of the art
Prothesen, insbesondere Exoprothesen sind allgemein bekannt. Sie dienen dazu, natürliche Körperteile zu ersetzen oder zu unterstützen. So sind zum Beispiel Handprothesen bekannt, die fehlende Hände ersetzen sollen oder Armprothesen, welche einen Arm ersetzen.Prostheses, in particular exoprostheses, are generally known. They are used to replace or support natural parts of the body. For example, hand prostheses are known that are intended to replace missing hands or arm prostheses that replace an arm.
Auch werden hier unter Exoprothesen Orthesen verstanden, welche der Unterstützung und/oder dem Bewegen von Gliedmaßen oder anderen Körperteilen dienen.Here, exoprostheses are also understood to mean orthoses which are used to support and / or move limbs or other parts of the body.
Solche Prothesen können starr sein oder durch den Benutzer bewegt werden. Auch sind Prothesen bekannt, die einen Antrieb, wie einen oder mehrere Elektromotoren aufweisen. Solche Antriebe werden zumeist über Aktionen des Benutzers gesteuert. So sind Prothesen bekannt, die zum Beispiel das elektrische Muskelpotential des Benutzers zur Steuerung der Prothese verwenden. Dabei können Elektroden auf der Haut des Benutzers aufgebracht, zum Beispiel über einem oder mehreren Muskeln der Unterarmmuskel oder der Oberarmmuskel platziert sein, so dass bei einer Aktivierung der entsprechenden Muskulatur durch die Muskulatur Aktionspotenziale erzeugt werden, welche durch die Elektroden empfangen und an ein oder mehrere Steuergeräte weitergeleitet werden.Such prostheses can be rigid or can be moved by the user. Prostheses are also known which have a drive, such as one or more electric motors. Such drives are mostly controlled by actions of the user. Prostheses are known which, for example, use the electrical muscle potential of the user to control the prosthesis. Electrodes can be applied to the user's skin, for example placed over one or more muscles of the forearm muscles or the upper arm muscles, so that when the muscles are activated, action potentials are generated which are received by the electrodes and sent to one or more Control devices are forwarded.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Eine Aufgabe der Erfindung ist es eine neue und erfinderische Steuereinheit für eine Prothese bereitzustellen. Insbesondere kann es eine Aufgabe sein, eine Steuereinheit bereitzustellen, welche die Steuerung einer Prothese für den Benutzer bequemer gestaltet.It is an object of the invention to provide a new and inventive control unit for a prosthesis. In particular, it can be an object to provide a control unit which makes the control of a prosthesis more convenient for the user.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Steuereinheit nach Anspruch 1 und durch eine Prothese nach Anspruch 9. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen.This object is achieved by a control unit according to
Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch eine Steuereinheit für eine Prothese, wobei die Steuereinheit zumindest einen Signaleingang zur Aufnahme von zumindest einem Steuereingangssignal umfasst und zumindest einen Signalausgang zur Ausgabe zumindest eines Steuerausgangssignals umfasst, wobei die Steuereinheit ein Steuermittel umfasst zur Steuerung des Steuerausgangssignals in Abhängigkeit des Steuereingangssignals.In particular, the object is achieved by a control unit for a prosthesis, the control unit comprising at least one signal input for receiving at least one control input signal and at least one signal output for outputting at least one control output signal, the control unit comprising a control means for controlling the control output signal as a function of the control input signal .
Hierbei wird unter einem Steuersignal ein Signal verstanden, welches zur Steuerung einer Prothese verwendet wird. Ein solches Steuersignal kann zum Beispiel ein von einer oder mehreren Elektroden aufgenommenes und eventuell verstärktes Muskelaktionspotenzial sein. Ein solches Steuersignal kann ebenfalls ein in Abhängigkeit von diesen Muskelaktionspotenzialen oder anderen Signalen, welche von dem Benutzer stammen, generiertes Signal sein.Here, a control signal is understood to be a signal that is used to control a prosthesis. Such a control signal can, for example, be a muscle action potential picked up by one or more electrodes and possibly increased. Such a control signal can also be a signal generated as a function of these muscle action potentials or other signals which originate from the user.
Unter einem Steuereingangssignal wird insbesondere ein Steuersignal verstanden, welches der Steuereinheit zugeführt wird. Unter einem Steuerausgangssignal wird insbesondere ein Steuersignal verstanden, welches durch die Steuereinheit ausgegeben wird. Insbesondere kann das Steuerausgangssignal einer weiteren Steuereinheit zugeführt werden, welche in Abhängigkeit von dem Steuerausgangssignal die Prothese, insbesondere die Motoren der Prothese steuert.A control input signal is understood to mean, in particular, a control signal which is fed to the control unit. A control output signal is understood to mean, in particular, a control signal which is output by the control unit. In particular, the control output signal can be fed to a further control unit which controls the prosthesis, in particular the motors of the prosthesis, as a function of the control output signal.
Bevorzugt kann die Steuereinheit ein von der Prothese separates Gehäuse aufweisen. So muss die Steuereinheit kein integrales Bestandteil der Prothese sein, sondern kann benachbart, beabstandet und/oder flexibel relativ zur Prothese angeordnet werden. Insbesondere kann die Steuereinheit über einen flexiblen Leiter, wie zum Beispiel ein oder mehrere Kabel und/oder flexible Leiterplatte mit der Prothese, insbesondere einer zweiten Steuereinheit zum Beispiel in der Prothese verbunden sein. So kann die Steuereinheit so platziert werden, dass sie dem Benutzer ermöglicht, die Steuereinheit leicht zu erreichen, ohne dass die Steuereinheit unmittelbar sichtbar ist. So kann die Steuereinheit zum Beispiel am Handgelenk oder am Unterarm oder am Oberarm platziert werden, so dass sie zum Beispiel durch einen Ärmel eines Kleidungsstücks verdeckt werden kann, aber dennoch durch Zurückschieben des Ärmels für den Benutzer zugänglich ist.The control unit can preferably have a housing that is separate from the prosthesis. The control unit does not have to be an integral part of the prosthesis, but can be arranged adjacent, spaced apart and / or flexibly relative to the prosthesis. In particular, the control unit can be connected to the prosthesis, in particular a second control unit, for example in the prosthesis, via a flexible conductor, such as one or more cables and / or flexible printed circuit board. Thus, the control unit can be placed in such a way that it enables the user to easily reach the control unit without the control unit being directly visible. For example, the control unit can be placed on the wrist or on the forearm or on the upper arm so that it can be concealed, for example, by a sleeve of a piece of clothing, but is still accessible to the user by pushing the sleeve back.
Das Gehäuse der Steuereinheit kann dabei aus einem Kunststoff und/oder Metall bestehen. So kann die Steuereinheit durch das Gehäuse die Steuereinheit vor mechanischen Einflüssen schützen. Auch kann das Gehäuse die Steuereinheit umschließen, insbesondere so umschließe, dass die Steuereiheit vor Feuchtigkeit und/oder Spritzwasser geschützt ist oder das Gehäuse wasserdicht ist.The housing of the control unit can consist of a plastic and / or metal. The control unit can thus protect the control unit from mechanical influences through the housing. The housing can also enclose the control unit, in particular enclose it in such a way that the control unit is protected from moisture and / or splash water or the housing is watertight.
Auch kann das Gehäuse aus einem flexiblen Material, wie flexiblen Kunststoff bestehen. So kann sich das Gehäuse dem Körper des Anwenders anpassen. Auch kann das Gehäuse starr sein und einen verstärkten mechanischen Schutz bereitstellen.The housing can also consist of a flexible material, such as flexible plastic. So the housing can fit the body of the user to adjust. The housing can also be rigid and provide increased mechanical protection.
Insbesondere umfasst die Steuereinheit ein Bedienmittel zur Bedienung des Steuermittels. Ein solches Bedienmittel kann zum Beispiel ein Taster sein, welche ein oder mehrere Signale ausgibt, wenn er gedrückt und/oder entlastet wird. Auch kann ein solches Bedienmittel ein Drehknopf, ein Schieber, ein berührungsempfindlicher Bildschirm, ein Mikrofon, ein Beschleunigungssensor, ein Erdmagnetfeldsensor, ein Lichtsensor oder ähnliches sein. Ein solches Bedienmittel kann es dem Benutzer erlauben, die Steuereinheit in verschiedene Betriebszustände zu versetzen, zum Beispiel die Steuereinheit an und/oder auszuschalten und/oder die Verarbeitung des Steuereingangssignal zu verändern. So kann zum Beispiel in einem Betriebszustand eine Verstärkung des Steuereingangssignals aufgrund des Steuereingangssignals gewählt werden. Insbesondere kann durch die Steuereinheit ein oder mehrere Maxima des Steuereingangssignals erfasst werden und die Verstärkung so gewählt werden, dass die Maxima nicht die Grenze des maximalen möglichen Steuerausgangssignals erreichen. Auch kann über das Bedienmittel ein Betriebszustand gewählt werden, welcher eine manuelle Veränderung der Verstärkung des Steuereingangssignals erlaubt. Auch kann mit dem Bedienmittel die Verstärkung des Steuereingangssignals festgelegt werden.In particular, the control unit comprises an operating means for operating the control means. Such an operating means can, for example, be a button which outputs one or more signals when it is pressed and / or relieved. Such an operating means can also be a rotary knob, a slide, a touch-sensitive screen, a microphone, an acceleration sensor, a geomagnetic field sensor, a light sensor or the like. Such an operating means can allow the user to put the control unit into different operating states, for example to switch the control unit on and / or off and / or to change the processing of the control input signal. For example, in an operating state, an amplification of the control input signal can be selected on the basis of the control input signal. In particular, one or more maxima of the control input signal can be detected by the control unit and the gain can be selected such that the maxima do not reach the limit of the maximum possible control output signal. The operating means can also be used to select an operating state which allows the amplification of the control input signal to be changed manually. The gain of the control input signal can also be determined with the operating means.
Auch kann die Steuereinheit ein Rückmeldungsmittel aufweisen, welches geeignet ist, dem Verwender eine Rückmeldung über das Steuereingangssignal, über das Steuerausgangssignal, über den Zustand der Steuereinheit und/oder über eine von dem Benutzer vorgenommenen Handlung zu geben. Das Rückmeldungsmittel kann dabei am Gehäuse der Steuereinheit angeordnet sein, insbesondere an einer Seite der Steuereinheit, welche in einem Verwendungszustand nicht durch den Verwender abgedeckt wird. Insbesondere kann dies eine Seite sein, welche dem Körper des Verwenders abgewandt ist.The control unit can also have a feedback means which is suitable for giving the user feedback about the control input signal, about the control output signal, about the state of the control unit and / or about an action taken by the user. The feedback means can be arranged on the housing of the control unit, in particular on one side of the control unit which is not covered by the user in a state of use. In particular, this can be a side that faces away from the body of the user.
Ein solches Rückmeldungsmittel kann zum Beispiel ein Leuchtmittel, wie Glühlampe, eine LED usw., ein Bildschirm, ein Lautsprecher, ein Vibrationsmittel usw. sein. Das Rückmeldungsmittel kann dabei verwendet werden, um dem Verwender der Prothese die Bedienung der Steuereinheit zu erleichtern und zum Beispiel eine Rückmeldung über die Bedienung der Steuereinheit zu geben. Das Rückmeldungsmittel kann dabei auf oder an dem Gehäuse des Steuermittels angeordnet sein, insbesondere an einer Seite des Gehäuses, welches dem Körper des Verwenders abgewandt ist.Such a feedback means can be, for example, a light source, such as an incandescent lamp, an LED, etc., a screen, a loudspeaker, a vibration means, etc. The feedback means can be used to make it easier for the user of the prosthesis to operate the control unit and, for example, to provide feedback on the operation of the control unit. The feedback means can be arranged on or on the housing of the control means, in particular on a side of the housing which faces away from the body of the user.
Auch kann eine Seite des Gehäuses, insbesondere die Seite, die dem Verwender zugewandt ist, mit einem hautfreundlichen Material, wie Baumwolle, beschichtet sein.One side of the housing, in particular the side facing the user, can also be coated with a skin-friendly material such as cotton.
Insbesondere kann die Steuereinheit so ausgebildet sein, dass die Steuerung des Steuerausgangssignals eine Abschwächung und/oder Verstärkung des Steuereingangssignals umfasst. So kann die Steuereinheit einen Verstärker umfassen, welcher ein Steuereingangssignal verstärkt und/oder abschwächt und so das Steuerausgangssignal hervorbringt.In particular, the control unit can be designed such that the control of the control output signal includes an attenuation and / or amplification of the control input signal. The control unit can thus comprise an amplifier which amplifies and / or weakens a control input signal and thus produces the control output signal.
Insbesondere kann die Verstärkung und/oder Abschwächung des Steuereingangssignals die Verstärkung und/oder Abschwächung um einen zeitlich konstanten, einstellbaren Faktor umfassen. So kann zur Verstärkung und/oder Abschwächung des Steuereingangssignals manuell oder automatisch ein Verstärkungsfaktor gewählt werden, welcher über längere Zeit, insbesondere einige Sekunden und/oder Minuten und/oder Stunden beibehalten wird.In particular, the amplification and / or attenuation of the control input signal can include the amplification and / or attenuation by an adjustable factor that is constant over time. For example, to amplify and / or weaken the control input signal, a gain factor can be selected manually or automatically, which is maintained over a longer period of time, in particular a few seconds and / or minutes and / or hours.
Insbesondere kann der konstante Faktor in Abhängigkeit von dem Steuereingangssignal, insbesondere der Amplitude des Steuereingangssignals ermittelt werden. Dies ermöglicht den Verstärkungsfaktor so zu wählen, dass sich das Steuerausgangssignal über den ganzen Signalbereich, der von der Steuereinheit ausgegeben werden kann, erstreckt.In particular, the constant factor can be determined as a function of the control input signal, in particular the amplitude of the control input signal. This enables the gain factor to be selected so that the control output signal extends over the entire signal range that can be output by the control unit.
Insbesondere kann die Aufgabe auch gelöst werden durch eine Prothese, insbesondere Handprothese mit einem vorbeschriebenen Steuermittel.In particular, the object can also be achieved by a prosthesis, in particular a hand prosthesis, with a control means as described above.
FigurenlisteFigure list
Im Weiteren wird die Erfindung näher beschrieben anhand einer Ausführungsformen unter Zuhilfenahme der Zeichnungen.The invention is described in more detail below on the basis of an embodiment with the aid of the drawings.
Dabei zeigt:
-
1 eine Steuereinheit und -
2 eine Handprothese.
-
1 a control unit and -
2 a prosthetic hand.
Die Steuereingangssignale können einem Verstärker zugeführt werden, welcher Teil der Steuereinheit ist. Der Signalverstärker kann dabei über die drei Bedienmittel
Im Weiteren umfaßt die Steuereinheit
Das Rückmeldungsmittel
Über die Signalausgänge
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